
- •Лекция №3
- •V группа главная подгруппа
- •Нахождение в природе
- •Получение азота
- •Физические свойства азота
- •Химические свойства азота
- •Применение азота
- •Соединения азота со степенью окисления –3
- •Сравнительная характеристика водородных соединений элементов V группы главной подгруппы
- •Аммиак Физические свойства аммиака
- •Получение аммиака
- •Химические свойства аммиака
- •Применение
- •Соли аммония
- •Соединения азота со степенью окисления –2
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Применение
- •Азотистоводородная кислота и азидоводород
- •Кислородные соединения азота
- •Получение n2o
- •Химические свойства
Аммиак Физические свойства аммиака
Аммиак – бесцветный газ с резким запахом. Токсичен: раздражает слизистые оболочки, а острое отравление аммиаком приводит к поражению глаз и воспалению легких.
Аммиак хорошо
растворим в воде (при 0 ºС один объем
воды растворяет до 1200 объемов аммиака).
Хорошая растворимость аммиака объясняется
образованием водородной связи между
молекулами аммиака и воды и гидратов
NH3 nH2O различного состава. По причине образования гидратов процесс растворения – экзотермический процесс.
Прим. плотность растворов аммиака понижается с увеличением концентрации аммиака (1%-ный раствор имеет плотность 0,992 г/мл, а 30% – 0,89 г/мл).
Аммиак легко испаряется и при хранении в открытых склянках выветривается.
Получение аммиака
В промышленности аммиак получают синтезом из простых веществ:
кДж,
Дж/К
За разработку метода синтеза аммиака из водорода и азота Ф. Габеру в 1918 году присуждена Нобелевская премия.
Прим. Требования: оптимальный баланс между скоростью и выходом.
Равновесие данной реакции при повышении давления и понижении температуры смещается вправо. Несмотря на то, что реакция экзотермическая, для увеличения скорости реакции ее проводят при температуре 400 – 500 ºС (увеличение скорости). Давление в колонне синтеза от 10 – 300 атм (200 атм – увеличение выхода). Катализатором является губчатое железо с добавками оксидов калия, кальция, магния, алюминия и кремния, которые улучшают его механические свойства и увеличивают срок действия (увеличение скорость).
В лаборатории используют 25%-ный раствор аммиака или жидкий аммиак, поступающий с производства в стальных баллонах.
1. В лаборатории небольшое количество аммиака получают при нагревании смеси твердых хлорида аммония и гашеной извести:
Прим. для осушки аммиака используют оксид кальция, хлорид кальция применять нельзя, так как образуется аддукт CaCl2 8NH3. Глубокую осушку аммиака проводят растворением в жидком аммиаке металлического калия, который активно реагирует с водой. Из раствора отгоняют аммиак, не содержащий влаги.
Аммиак получают при гидролизе нитридов металлов:
Химические свойства аммиака
Химические свойства аммиака обусловлены: 1) образованием водородных связей; 2) неподеленной электронной парой.
1. Аммиак хорошо
растворим в воде (по растворимости в
воде аммиак превосходит любой другой
газ). Формулу растворенного аммиака в
воде принято записывать NH4OH.
Но такого соединения не существует, ни
в твердой фазе, ни в водном растворе.
Известны твердые гидраты состава
NH3 Н2О, 2NH3 Н2О, NH3 2Н2О (молекулы аммиака и воды связаны водородными связями), которые устойчивы при низких температурах. Прим. при повышении температуры гидраты разрушаются с образованием аммиака и воды.
Растворы аммиака лучше всего записывать формулой NH3 (aq).
Водные растворы аммиака проявляют свойства слабого основания. Но водные растворы аммиака обладают основными свойствами не за счет образования несуществующего соединения NH4ОН, а вследствие донорной активности атома азота в NH3.
Прим. Связь О – Н более полярная, чем связь N –Н, диссоциация происходит по более полярной связи, Н+ отщепляется от молекулы воды и присоединяется к атому азота (донорно-акцепторный механизм).
Вследствие полярности молекул и высокой диэлектрической проницаемости жидкий аммиак является хорошим неводным растворителем. В неводном растворе аммиак может диссоциировать по типу кислоты:
Но собственная диссоциация жидкого аммиака очень мала и ионное произведение аммиака составляет 2,2 10-33 при –50 ºС.
Жидкий аммиак – сильно ионизирующий растворитель. Производные NH4+ в жидком аммиаке ведут себя как кислоты (например, сильными кислотами в жидком аммиаке являются NH4Cl, NH4NO3), а производные NH2– – как основания (KNH2, Ba(NH2)2). Производные NH2– – амиды, а производные NH2– – имиды. Примеры реакций в жидком аммиаке:
(основание)
(кислота)
(нейтрализация)
(комплекс)
2. наличием неподеленной электронной пары (аммиак может выступать в роли донора). Аммиак реагирует с кислотами, с образованием солей аммония:
Аммиак может образовывать комплексные соединения – аммиакаты:
4. В жидком аммиаке растворяются активные металлы – щелочные и щелочноземельные, магний, алюминий. Щелочные металлы реагируют с жидким аммиаком с образованием амида (в присутствии катализатора – платины):
В данной реакции аммиак проявляет свойства окислителя за счет атома водорода. Аналогичная реакция протекает и в газовой фазе. Другие металлы при взаимодействии с газообразным аммиаком образуют нитриды:
5. Аммиак проявляет восстановительные свойства (за счет атома азота в минимальной степени окисления). На воздухе аммиак не горит, но в атмосфере кислорода сгорает с образованием азота и водяных паров:
Может происходить каталитическое окисление аммиака:
Обе реакции
протекают самопроизвольно, так как
,
при горении аммиака образуется свободный
азот. В присутствии катализатора
(платиновый или платиново-родиевый)
протекает вторая реакция с образованием
оксида азота (II).
Реакция идет при комнатной температуре
Прим. в качестве побочного продукта образуется нитрат аммония: